6.生成树协议

生成树协议 交换机工作原理 根据MAC地址表转发数据帧 如果地址未知 则广播 aa bb A查MAC地址表 目的地址在表中不存在 A广播这个数据帧 广播风暴的产生 当网络中存在物理环路 会产生广播风暴 A aa bb B C A查MAC地址表 目标地址在表中不存在 A广播这个帧 B与C查MAC地址表 未知目标地址 B与C广播该帧 形成双向广播环 广播永远不会停止 产生广播风暴 广播风暴最终会导致网络资源耗尽 交换机死机 STP协议介绍 STP SpanningTreeProtocol 生成树协议 逻辑上断开环路 防止广播风暴的产生当线路出现故障 断开的接口被激活 恢复通信 起备份线路的作用 STP的算法 STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤 选择根网桥 RootBridge 选择根端口 RootPorts 选择指定端口 DesignatedPorts 网桥是交换机的前身 由于STP是在网桥基础上开发的 因此现在在交换机的网络中仍然沿用网桥这一术语 第一步 选择根网桥 选择根网桥的依据 桥ID BID 桥ID是唯一的 交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥 网桥优先级 网桥的MAC地址 2字节 6字节 取值范围 0 65535缺省值 32768 选择根网桥的目的是为了给将生成的树形结构确定一个树根 STP选择根网桥举例 根据网桥ID选择根网桥 优先级 4096MAC地址 000d 2800 b100 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b101 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b102 RootBridge 下一步 选择根端口 以本拓朴为例 介绍STP的计算过程 选择根端口的依据 在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口选择根端口的依据是 根路径成本最低直连 上游 的网桥ID最小端口 上游 ID最小 根路径成本 根路径成本 开销 是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和 神码设备默认10M 100M自适应的路径开销为200000 RootBridge 路径成本 19 路径成本 100 B A Port1 C的Port1根路径成本 19 100 119 端口ID 端口ID的组成 端口优先级 端口编号 8位 8位 取值范围 0 255缺省值 128 100M STP选择根端口举例 在非根桥上 选择一个根端口 RP 优先级 4096MAC地址 000d 2800 b100 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b101 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b102 RootBridge 下一步 选择指定端口 100M 100M RootPort RootPort 在B和C上 到达A最近的端口是B和C的根端口 选择指定端口的依据 在每个网段上 选择1个指定端口根桥上的端口全是指定端口非根桥上的指定端口 根路径成本最低端口所在的网桥的ID值较小端口ID值较小 STP选择指定端口举例 在每个网段选择1个指定端口 DP 100M 优先级 4096MAC地址 000d 2800 b100 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b101 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b102 RootBridge 100M 100M RootPort 这个端口不是根端口 也不是指定端口 STP将这个端口阻塞 Block 在这个网段上 B的网桥ID较小 所以B上的端口为指定端口 DP DP DP 根网桥上的端口都是指定端口 STP计算结果 经过STP计算 最终的逻辑结构为无环拓朴 100M 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b101 优先级 32768MAC地址 000d 2800 b102 100M 优先级 4096MAC地址 000d 2800 b100 备份线路 STP举例 BID 32768000d 2800 b100 BID 32768000d 2805 c100 BID 32768000d 2810 d100 BID 32768000d 2811 e100 100M 100M 100M 100M 100M RootBridge RP RP RP DP DP DP Block 经过STP计算后的逻辑拓朴 BID 32768000d 2800 b100 BID 32768000d 2805 c100 BID 32768000d 2810 d100 BID 32768000d 2811 e100 100M 100M 100M RootBridge BPDU 桥协议数据单元 交换机之间使用BPDU来交换STP信息BPDUBridgeProtocolDataUnit 桥协议数据单元使用组播发送BPDU 组播地址为 01 80 c2 00 00 00BPDU分为2种类型 配置BPDU 用于生成树计算拓朴变更通告 TCN BPDU 用于通告网络拓朴的变化 BPDU包含的关键字段 100M STP使用BPDU选择根网桥2 1 100M 网桥ID 32768 000d 2800 b101 网桥ID 32768 000d 2800 b102 网桥ID 4096 000d 2800 b100 交换机启动时 假定自己是根网桥 在向外发送的BPDU中 根网桥ID字段填写自己的网桥ID 100M 100M 100M STP使用BPDU选择根网桥2 2 100M 当接收到其他交换机发出的BPDU后 比较网桥ID 选择较小的添加到根网桥ID中 100M 100M 网桥ID 32768 000d 2800 b101 网桥ID 32768 000d 2800 b102 网桥ID 4096 000d 2800 b100 当全网所有的交换机接收到全部的BPDU并作比较后 就可以选择出唯一的一个根网桥 STP使用BPDU计算根路径成本2 1 100M 100M 100M 根网桥发送根路径成本为0的BPDU 100M RootBridge 网桥ID 32768 000d 2800 b101 网桥ID 32768 000d 2800 b102 网桥ID 4096 000d 2800 b100 RootBridge STP使用BPDU计算根路径成本2 2 其他交换机接收到根网桥的BPDU后 在根路径成本上添加接收接口的路径成本 然后转发 100M 100M 100M 100M 交换机保存接口的根路径成本到内存中 网桥ID 32768 000d 2800 b101 网桥ID 32768 000d 2800 b102 网桥ID 4096 000d 2800 b100 生成树端口的状态 交换机端口的5种STP状态 生成树计时器 20秒 20秒 15秒 35秒 15秒 50秒 阻断 倾听 转发 学习 最大寿命 转发延迟 转发延迟 交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据当某个正在使用的链路断掉 阻塞的端口需要50秒时间开始转发数据 STP状态机 在STP选举过程中 端口是不能转发用户数据的 端口一开始处于阻塞状态 这个状态只能接收BPDU STP状态机 监听 阻塞 转发 学习 1 端口启用或初始化 2 端口禁用或故障 3 端口被选为根端口或指定端口 4 端口被选为非指定端口 5 转发定时器超时 1 6 2 2 2 2 1 2 4 4 5 4 5 3 6 PortFast 6 禁用 阻塞 阻塞 在STP选举过程中 端口是不能转发用户数据的 端口一开始处于阻塞状态 这个状态只能接收BPDU 一个接口20秒没收到BPDU 也就是到了最大时间 端口会进入侦听状态 这时接口可以接收BPDU 并开始发送BPDU STP状态机 监听 阻塞 转发 学习 1 端口启用或初始化 2 端口禁用或故障 3 端口被选为根端口或指定端口 4 端口被选为非指定端口 5 转发定时器超时 1 6 2 2 2 2 1 2 4 4 5 4 5 3 6 PortFast 6 禁用 监听 在STP选举过程中 端口是不能转发用户数据的 端口一开始处于阻塞状态 这个状态只能接收BPDU 一个接口20秒没收到BPDU 也就是到了最大时间 端口会进入侦听状态 这时接口可以接收BPDU 并开始发送BPDU 发送15秒的BPDU 接口将会为转发用户数据做准备 也开始学习MAC地址 这个状态叫学习状态 STP状态机 监听 阻塞 转发 学习 1 端口启用或初始化 2 端口禁用或故障 3 端口被选为根端口或指定端口 4 端口被选为非指定端口 5 转发定时器超时 1 6 2 2 2 2 1 2 4 4 5 4 5 3 6 PortFast 6 禁用 监听 学习 在STP选举过程中 端口是不能转发用户数据的 端口一开始处于阻塞状态 这个状态只能接收BPDU 一个接口20秒没收到BPDU 也就是到了最大时间 端口会进入侦听状态 这时接口可以接收BPDU 并开始发送BPDU 发送15秒的BPDU 接口将会为转发用户数据做准备 也开始学习MAC地址 这个状态叫学习状态 再经过15秒的学习后 端口进入转发状态 转发状态是一个正常的接口 STP状态机 监听 阻塞 转发 学习 1 端口启用或初始化 2 端口禁用或故障 3 端口被选为根端口或指定端口 4 端口被选为非指定端口 5 转发定时器超时 1 6 2 2 2 2 1 2 4 4 5 4 5 3 6 PortFast 6 禁用 监听 学习 转发 spanning tree设置 开启STP switchA Config spanning treeMSTPisstartingnow pleasewait MSTPisenabledsuccessfully spanning tree设置 查看配置SW1 shspanning tree MSTPBridgeConfigInfo Standard IEEE802 1sBridgeMAC 00 03 0f 01 0e 30BridgeTimes MaxAge20 HelloTime2 ForwardDelay15ForceVersion 3 Instance0 SelfBridgeId 32768 00 03 0f 01 0e 30RootId 16384 00 03 0f 01 0f 52Ext RootPathCost 200000RegionRootId thisswitchInt RootPathCost 0RootPortID 128 1CurrentportlistinInstance0 Ethernet0 0 1Ethernet0 0 2 Total2 PortNameIDExtRPCIntRPCStateRoleDsgBridgeDsgPort Ethernet0 0 1128 00100FWDROOT16384 00030f010f52128 007Ethernet0 0 2128 00200BLKALTR16384 00030f010f52128 011 MSTP 用少量资源在网络中实现多个生成树在多条Trunk链路上实现VLAN级负载均衡 多实例生成树 MSTP配置 DCS Config spanning treemstconfigurationDCS Config Mstp Region namemstpDCS Config Mstp Region instance1vlan10DCS Config Mstp Region instance2vlan20DCS Config Mstp Region exitDCS Config spanning treeMSTPisstartingnow pleasewait MSTPisenabledsuccessfully 进入MST配置模式 为MST域配置名字 所有开启多实例MST的交换机的域名必须相同 将vlan10加入实例1 vlan20加入实例2 开启生成树 MSTP配置 switchA Config spanning treemst1priority4096 instance id 实例号 取值范围为1 48 instance id 实例号 取值范围为1 48 交换机优先级 取值范围为0 65535 默认32768 以4096为步长 改变生成树的形态 改变交换机优先级switchB Config spanning treems